(57)【要約】【課題】雨水を地中に戻して、地中熱をより効率的に熱交換することができる雨水浸透型地中熱交換システムを提供する。【解決手段】地中に向けて形成され、内部に上記冷媒または熱媒が循環される循環パイプが配置される熱交換井１５０の上部に浸透升１４０を設け、浸透升１４０に雨水などの水を浸透させて熱交換を促す水浸透手段１６０を設ける。【選択図】図１
2010190435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒または熱媒を地中熱との間で熱交換をさせる地中熱交換器を有し、上記地中熱交換器にて熱交換された上記冷媒または熱媒を用いて、所定のヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する雨水浸透型地中熱交換システムにおいて、
上記地中熱交換器は、地中に向けて形成され、内部に上記冷媒または熱媒が循環される循環パイプが配置される熱交換井を有し、上記熱交換井に雨水などの水を浸透させて熱交換を促す水浸透手段が設けられていることを特徴とする雨水浸透型地中熱交換システム。
【請求項２】
地表面から所定の容積をもって形成された浸透升をさらに有し、上記熱交換井は、上記浸透升の底部から地中に向けて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の雨水浸透型地中熱交換システム。
【請求項３】
上記水浸透手段は、雨水などの水を貯留する貯留部を有し、所定の供給回路を介して上記浸透升に水を定期的または不定期的に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の雨水浸透型地中熱交換システム。
【請求項４】
上記浸透升の上面部には、透水層が設けられていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の雨水浸透型地中熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱を用いて熱交換した冷媒または熱媒を空気調和機などのヒートポンプサイクルに利用する地中熱交換システムに関し、さらに詳しく言えば、雨水などの水を再利用して熱交換効率をより高める雨水浸透型地中熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、一般的な地中熱交換システムは、一次冷媒（または熱媒）が循環される一次熱交換回路と、空調機などの二次熱交換回路とを有し、一次熱交換回路側の一方の熱交換器を地中に埋設して、他方の熱交換器にて二次熱交換回路との間で熱交換することにより、二次熱交換回路で発生した熱と地中熱との間で熱交換するようになっている。
【０００３】
通常、地中は一年を通して一定温度（約１５℃前後）であるため、夏場はヒートポンプサイクルによって温められた熱媒の熱を地中に逃がし、冬場は冷やされた冷媒を地熱で温める。これにより、二次熱交換回路に設けられた圧縮機への負担を減らし、省電力およびＣＯ２排出量を大幅に減らすことができる。
【０００４】
通常、一次熱交換側の熱交換器は、地下水を含む地盤の中に地中約１０〜２００ｍの深さに形成された直径１５０ｍｍ程度の熱交換井の中に一次冷媒を循環させた循環パイプ（φ３０ｍｍ程度）を配置し、さらに熱交換井の内部に砂や砂利などで満たすことによって形成されている。これによれば、熱交換井の内部に地下水が満たされ、熱交換が促進されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、従来の地中熱交換システムには、次のような課題があった。すなわち、一般的な地下水位は、地下５〜１０ｍ程度のところにあるため、熱交換井の内部が水で満たされるのも地下５〜１０ｍよりも下の位置となり、地表から地下水位までの間では、熱交換が十分発揮されてない。
【０００６】
また、別の観点として、都市部では地表面の多くがアスファルトなどの不透水層で覆われており、地表に降った雨の多くが地中に浸透することなく、下水道を介して海に戻されるため、地下水が減少している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、雨水を地中に戻して、地中熱をより効率的に熱交換することができる雨水浸透型地中熱交換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、冷媒または熱媒を地中熱との間で熱交換をさせる地中熱交換器を有し、上記地中熱交換器にて熱交換された上記冷媒または熱媒を用いて、所定のヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する雨水浸透型地中熱交換システムにおいて、上記地中熱交換器は、地中に向けて形成され、内部に上記冷媒または熱媒が循環される循環パイプが配置される熱交換井を有し、上記熱交換井に雨水などの水を浸透させて熱交換を促す水浸透手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、地表面から所定の容積をもって形成された浸透升をさらに有し、上記熱交換井は、上記浸透升の底部から地中に向けて形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記水浸透手段は、雨水などの水を貯留する貯留部を有し、所定の供給回路を介して上記浸透升に水を定期的に供給することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、上記浸透升の表層部には、透水層が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換井に雨水などの水を積極的に浸透させる水浸透手段を設けたことにより、地表面から地下水位面に至るまでの間の熱交換井の空間に水を供給することで、より熱交換効率を高めることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、地表面から所定の容積をもって透水井を設け、透水井の底部に熱交換井を設けたことにより、水を透水井に貯留することによって、熱交換井への水の供給を安定的に行い、高い熱交換効率を維持させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、浸透升とは別に貯留タンクを設けて、浸透升に定期的に水を供給するようにしたことにより、乾燥が厳しい時期においても、浸透升に水を安定的に供給することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、浸透升の表面に透水層が設けられていることにより、地表に降った雨が直接浸透升に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る雨水浸透型地中熱交換システムの模式図。
【図２】上記雨水浸透型地中熱交換システムの浸透升の要部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１および図２を参照して、この雨水浸透型地中熱交換システムは、地中熱との間で熱交換を行う一次熱交換回路１００と、所定のヒートポンプ装置（この例では空気調和機１）の一部に組み込まれる二次熱交換回路２００とを備えている。
【００１９】
一次熱交換回路１００は、地中Ｇ内に埋設される地中熱交換器１１０と、ポンプＰを介して地中熱交換器１１０に一次冷媒を循環させる循環パイプ１２０と、二次熱交換回路２００との間で熱交換を行うための熱交換器１３０とを備えている。
【００２０】
この例において、一次熱交換回路１００に用いられる一次冷媒としては、冬場においても凍らないように不凍液が好適であるが、地熱温度が高い場合など、冷媒が凍らないような状況であれば、蒸留水などであってもよく、仕様に応じて任意に変更されてよい。
【００２１】
地中熱交換器１１０は、地表から所定の容積をもって形成された浸透升１４０と、浸透升１４０の底部から地中に向けて形成された複数の熱交換井１５０とを備えている。図２に示すように、浸透升１４０は、地表面から所定容積をもって形成されており、その内周面には、内部に土砂が入り込まないようにするための透水シート１４１が設けられている。浸透升１４０の形状は、通常の枡形以外に円筒状などであってもよく、その容積も、施工現場の状況や仕様に応じて任意に変更されてよい。
【００２２】
浸透升１４０の上面は、透水層１４２によって覆われている。この例において、透水層１４２は、透水性アスファルトからなる路盤であるが、これ以外に砂利や透水ブロックなどであってもよく、基本的に透水性を備えていれば、仕様に応じて任意に選択可能である。
【００２３】
浸透升１４０には、浸透升１４０に蓄えられた水を地中に浸透するようにするため、砂利や砕石、あるいは透水ブロックが充填されていることが好ましい。これによれば、砂利などの間にできた空間に水が蓄えられる。
【００２４】
浸透升１４０には、雨水などを浸透升１４０内に積極的に浸透させるための水浸透手段１６０が設けられている。水浸透手段１６０は、ビルＢの屋上などに降り注いだ雨水を集めて排水する排水パイプ１６１と、排水パイプ１６１の他端側に接続される浸透パイプ１６２とを備えている。
【００２５】
この例において、排水パイプ１６１は、ビルＢの屋上に設置された雨水などの排水口に接続されているが、これ以外の場所に設置されていてもよい。また、雨水などの中水一時的に溜めておくタンクや、雨水を供給するポンプおよびその制御装置などに接続されていてもよい。
【００２６】
さらには、より大規模な地中熱交換器１１０を想定して、例えばプールや噴水などに接続しておき、この残り水を利用するようにしてもよく、地下に直接浸透可能な水であれば、その水は仕様に応じて任意に選択できる。
【００２７】
これによれば、後述する熱交換井１５０の地下水位Ｌ１から浸透升１４０の底面Ｌ２の間の空間を雨水で満たすことができるため、地下水位Ｌ１〜底面Ｌ２までの間の熱交換効率をさらに高めることができる。さらには、雨水を積極的に地下に浸透させることができる。
【００２８】
熱交換井１５０は、浸透升１４０の底部からほぼ垂直に形成されており、この例では各熱交換井１５０は、約７５ｍの深さに形成されている。この例において、熱交換井１５０は、７５ｍの深さに形成されているが、より好ましくは、高透水性の地層Ｇ１，Ｇ２が存在する場合は、それら地層Ｇ１，Ｇ２を貫通するように形成することが好ましい。
【００２９】
高透水性の地層Ｇ１，Ｇ２を貫くように熱交換井１５０を掘り下げることにより、各熱交換井１５０の内部が地下水位Ｌ１まで水で満たされるため、より熱交換を効率的に行うことができる。
【００３０】
各熱交換井１５０の内部に沿って熱交換パイプ１５１が配置され、循環パイプ１２０に接続されている。熱交換パイプ１５１は熱交換効率のよい素材が好ましく用いられるが、耐食性や耐候性なども考慮して樹脂製パイプが最も好ましい。
【００３１】
図１を参照して、二次熱交換回路２００は、ビルＢの各フロア内に配置される室内機ユニット２２０と、各室内機ユニット２２０に接続された１台の室外機ユニット２１０とを有し、それらが専用の配管を介して接続されている。
【００３２】
室外機ユニット２１０には、内部に図示しないコンプレッサや四方弁などの冷凍サイクル機構が配置されている。室外機ユニット２１０には、さらに、一次熱交換回路１００と二次熱交換回路２００との間で熱交換を行う熱交換器１３０が設けられている。
【００３３】
この例において、熱交換器１３０は、一次冷媒管が組み込まれた金属製の熱交換板と、二次冷媒管が組み込まれた金属製の熱交換板とを互いに接触させることにより、熱交換を行う形式となっているが、一次冷媒を溜めたタンク内に二次冷媒管を配置して直接熱交換を行ってもよく、一次冷媒と二次冷媒との熱交換ができれば、その具体的な方法は特に限定されない。
【００３４】
また、本発明の熱交換システムは、一次熱交換回路１００と二次熱交換回路２００との間で相互に地中熱を熱交換するようにしているが、本発明の浸透升１４０および地熱井１５０を備えていれば、二次熱交換回路２００の室外機側の熱交換器１３０を直接地中に埋設してもよい。
【００３５】
さらには、この例において、二次熱交換回路２００はビル空調システムの冷凍サイクルに組み込まれているが、これ以外のヒートポンプ給湯システムなど冷媒と地熱との間で相互熱交換を行う基本構成を備えていれば、これら変形例も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１  空気調和機
１００  一次熱交換回路
１１０  地熱交換器
１２０  循環パイプ
１３０  熱交換器
１４０  浸透升
１５０  熱交換井
１６０  水浸透手段
２００  二次熱交換回路
Ｂ  ビル
【図１】
2010190435.tif 000003
【図２】
2010190435.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月22日(2009.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒または熱媒を地中熱との間で熱交換をさせる地中熱交換器を有し、上記地中熱交換器にて熱交換された上記冷媒または熱媒を用いて、所定のヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する雨水浸透型地中熱交換システムにおいて、
上記地中熱交換器は、地表面から所定の容積をもって形成された浸透升と、上記浸透升の底部から高透水性の地層を貫くように形成され、内部に上記冷媒または熱媒が循環される循環パイプが配置される複数の熱交換井とを有し、上記各熱交換井には、上記浸透升に貯留された水が注水され、上記各熱交換井内の地下水位面に至るまでの間の空間に充填されることを特徴とする雨水浸透型地中熱交換システム。
【請求項２】
雨水などの水を貯留する貯留部を有し、上記貯留部から所定の供給回路を介して上記浸透升に水を定期的または不定期的に供給することを特徴とする請求項１に記載の雨水浸透型地中熱交換システム。
【請求項３】
上記浸透升の上面部には、透水層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の雨水浸透型地中熱交換システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱を用いて熱交換した冷媒または熱媒を空気調和機などのヒートポンプサイクルに利用する地中熱交換システムに関し、さらに詳しく言えば、雨水などの水を再利用して熱交換効率をより高める雨水浸透型地中熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているように、一般的な地中熱交換システムは、一次冷媒（または熱媒）が循環される一次熱交換回路と、空調機などの二次熱交換回路とを有し、一次熱交換回路側の一方の熱交換器を地中に埋設して、他方の熱交換器にて二次熱交換回路との間で熱交換することにより、二次熱交換回路で発生した熱と地中熱との間で熱交換するようになっている。
【０００３】
通常、地中は一年を通して一定温度（約１５℃前後）であるため、夏場はヒートポンプサイクルによって温められた熱媒の熱を地中に逃がし、冬場は冷やされた冷媒を地熱で温める。これにより、二次熱交換回路に設けられた圧縮機への負担を減らし、省電力およびＣＯ２排出量を大幅に減らすことができる。
【０００４】
通常、一次熱交換側の熱交換器は、地下水を含む地盤の中に地中約１０〜２００ｍの深さに形成された直径１５０ｍｍ程度の熱交換井の中に一次冷媒を循環させた循環パイプ（φ３０ｍｍ程度）を配置し、さらに熱交換井の内部に砂や砂利などで満たすことによって形成されている。これによれば、熱交換井の内部に地下水が満たされ、熱交換が促進されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、従来の地中熱交換システムには、次のような課題があった。すなわち、一般的な地下水位は、地下５〜１０ｍ程度のところにあるため、熱交換井の内部が水で満たされるのも地下５〜１０ｍよりも下の位置となり、地表から地下水位までの間では、熱交換が十分発揮されてない。
【０００６】
また、別の観点として、都市部では地表面の多くがアスファルトなどの不透水層で覆われており、地表に降った雨の多くが地中に浸透することなく、下水道を介して海に戻されるため、地下水が減少している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、雨水を地中に戻して、地中熱をより効率的に熱交換することができる雨水浸透型地中熱交換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明は、冷媒または熱媒を地中熱との間で熱交換をさせる地中熱交換器を有し、上記地中熱交換器にて熱交換された上記冷媒または熱媒を用いて、所定のヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する雨水浸透型地中熱交換システムにおいて、上記地中熱交換器は、地表面から所定の容積をもって形成された浸透升と、上記浸透升の底部から高透水性の地層を貫くように形成され、内部に上記冷媒または熱媒が循環される循環パイプが配置される複数の熱交換井とを有し、上記各熱交換井には、上記浸透升に貯留された水が注水され、上記各熱交換井内の地下水位面に至るまでの間の空間に充填されることを特徴としている。
【００１０】
本発明には、雨水などの水を貯留する貯留部を有し、上記貯留部から所定の供給回路を介して上記浸透升に水を定期的または不定期的に供給する態様が好ましく含まれる。
【００１１】
また、上記浸透升の上面部には、透水層が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、地表面から所定の容積をもって浸透升を設け、浸透升の底部から熱交換井を形成し、浸透升に貯留された水を熱交換井内に供給し、地下水位面に至るまでの間の空間に充填するようにしたことにより、熱交換井への水の供給を安定的に行い、高い熱交換効率を維持させることができる。
【００１３】
また、浸透升とは別に貯留タンクを設けて、浸透升に定期的に水を供給するようにしたことにより、乾燥が厳しい時期においても、浸透升に水を安定的に供給することができる。
【００１４】
また、浸透升の表面に透水層を設けることにより、地表に降った雨を直接浸透升に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る雨水浸透型地中熱交換システムの模式図。
【図２】上記雨水浸透型地中熱交換システムの浸透升の要部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２を参照して、この雨水浸透型地中熱交換システムは、地中熱との間で熱交換を行う一次熱交換回路１００と、所定のヒートポンプ装置（この例では空気調和機１）の一部に組み込まれる二次熱交換回路２００とを備えている。
【００１７】
一次熱交換回路１００は、地中Ｇ内に埋設される地中熱交換器１１０と、ポンプＰを介して地中熱交換器１１０に一次冷媒を循環させる循環パイプ１２０と、二次熱交換回路２００との間で熱交換を行うための熱交換器１３０とを備えている。
【００１８】
この例において、一次熱交換回路１００に用いられる一次冷媒としては、冬場においても凍らないように不凍液が好適であるが、地熱温度が高い場合など、冷媒が凍らないような状況であれば、蒸留水などであってもよく、仕様に応じて任意に変更されてよい。
【００１９】
地中熱交換器１１０は、地表から所定の容積をもって形成された浸透升１４０と、浸透升１４０の底部から地中に向けて形成された複数の熱交換井１５０とを備えている。図２に示すように、浸透升１４０は、地表面から所定容積をもって形成されており、その内周面には、内部に土砂が入り込まないようにするための透水シート１４１が設けられている。浸透升１４０の形状は、通常の枡形以外に円筒状などであってもよく、その容積も、施工現場の状況や仕様に応じて任意に変更されてよい。
【００２０】
浸透升１４０の上面は、透水層１４２によって覆われている。この例において、透水層１４２は、透水性アスファルトからなる路盤であるが、これ以外に砂利や透水ブロックなどであってもよく、基本的に透水性を備えていれば、仕様に応じて任意に選択可能である。
【００２１】
浸透升１４０には、浸透升１４０に蓄えられた水を地中に浸透するようにするため、砂利や砕石、あるいは透水ブロックが充填されていることが好ましい。これによれば、砂利などの間にできた空間に水が蓄えられる。
【００２２】
浸透升１４０には、雨水などを浸透升１４０内に積極的に浸透させるための水浸透手段１６０が設けられている。水浸透手段１６０は、ビルＢの屋上などに降り注いだ雨水を集めて排水する排水パイプ１６１と、排水パイプ１６１の他端側に接続される浸透パイプ１６２とを備えている。
【００２３】
この例において、排水パイプ１６１は、ビルＢの屋上に設置された雨水などの排水口に接続されているが、これ以外の場所に設置されていてもよい。また、雨水などの中水一時的に溜めておくタンクや、雨水を供給するポンプおよびその制御装置などに接続されていてもよい。
【００２４】
さらには、より大規模な地中熱交換器１１０を想定して、例えばプールや噴水などに接続しておき、この残り水を利用するようにしてもよく、地下に直接浸透可能な水であれば、その水は仕様に応じて任意に選択できる。
【００２５】
これによれば、後述する熱交換井１５０の地下水位Ｌ１から浸透升１４０の底面Ｌ２の間の空間を雨水で満たすことができるため、地下水位Ｌ１〜底面Ｌ２までの間の熱交換効率をさらに高めることができる。さらには、雨水を積極的に地下に浸透させることができる。
【００２６】
熱交換井１５０は、浸透升１４０の底部からほぼ垂直に形成されており、この例では各熱交換井１５０は、約７５ｍの深さに形成されている。この例において、熱交換井１５０は、７５ｍの深さに形成されているが、より好ましくは、高透水性の地層Ｇ１，Ｇ２が存在する場合は、それら地層Ｇ１，Ｇ２を貫通するように形成することが好ましい。
【００２７】
高透水性の地層Ｇ１，Ｇ２を貫くように熱交換井１５０を掘り下げることにより、各熱交換井１５０の内部が地下水位Ｌ１まで水で満たされるため、より熱交換を効率的に行うことができる。
【００２８】
各熱交換井１５０の内部に沿って熱交換パイプ１５１が配置され、循環パイプ１２０に接続されている。熱交換パイプ１５１は熱交換効率のよい素材が好ましく用いられるが、耐食性や耐候性なども考慮して樹脂製パイプが最も好ましい。
【００２９】
図１を参照して、二次熱交換回路２００は、ビルＢの各フロア内に配置される室内機ユニット２２０と、各室内機ユニット２２０に接続された１台の室外機ユニット２１０とを有し、それらが専用の配管を介して接続されている。
【００３０】
室外機ユニット２１０には、内部に図示しないコンプレッサや四方弁などの冷凍サイクル機構が配置されている。室外機ユニット２１０には、さらに、一次熱交換回路１００と二次熱交換回路２００との間で熱交換を行う熱交換器１３０が設けられている。
【００３１】
この例において、熱交換器１３０は、一次冷媒管が組み込まれた金属製の熱交換板と、二次冷媒管が組み込まれた金属製の熱交換板とを互いに接触させることにより、熱交換を行う形式となっているが、一次冷媒を溜めたタンク内に二次冷媒管を配置して直接熱交換を行ってもよく、一次冷媒と二次冷媒との熱交換ができれば、その具体的な方法は特に限定されない。
【００３２】
また、本発明の熱交換システムは、一次熱交換回路１００と二次熱交換回路２００との間で相互に地中熱を熱交換するようにしているが、本発明の浸透升１４０および地熱井１５０を備えていれば、二次熱交換回路２００の室外機側の熱交換器１３０を直接地中に埋設してもよい。
【００３３】
さらには、この例において、二次熱交換回路２００はビル空調システムの冷凍サイクルに組み込まれているが、これ以外のヒートポンプ給湯システムなど冷媒と地熱との間で相互熱交換を行う基本構成を備えていれば、これら変形例も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１  空気調和機
１００  一次熱交換回路
１１０  地熱交換器
１２０  循環パイプ
１３０  熱交換器
１４０  浸透升
１５０  熱交換井
１６０  水浸透手段
２００  二次熱交換回路
Ｂ  ビル